Развитие пищевой биотехнологии

Резюме 
 
Предлагаемая вашему вниманию работа была проведена по поручению ВОЗ с целью создания информационной базы, необходимой для оценки применения методов современной биотехнологии в производстве продуктов питания. Задачей работы являлось не подробное рассмотрение всех вопросов и фактов, а скорее выявление общих закономерностей влияния биотехнологии на здоровье и развитие человека. В рамках работы был проведен анализ данных, касающихся нескольких обширных сфер деятельности, связанных с использованием генетически модифицированных организмов (ГМО) при производстве продуктов питания (ГМ продуктов), в том числе представлен обзор доступных в настоящее время ГМ пищевых продуктов, оценка рисков и преимуществ, расширенного влияния на общество и существующие в различных странах регулятивные подходы. Информация проанализирована специалистами ВОЗ при поддержке группы внешних экспертов (список экспертов см. в Приложении 1). Данные собраны как с помощью традиционных методов, так и посредством открытого анкетирования и дискуссий в Интернете. Предварительные результаты обсуждались на расширенном заседании представителей заинтересованных сторон в 2003 году (список участников см. в Приложении 1), где был рекомендован дальнейший поиск информации и пересмотр полученных результатов. 
 
Первый ГМ пищевой продукт (томаты с отложенным сроком созревания) появился на рынке США в середине 90-х годов. На настоящий момент ГМ сорта кукурузы, сои, масличного рапса и хлопка активно культивируют в ряде стран, а получаемая при этом продукция поставляется на международный рынок. Кроме того, ГМ сорта папайи, картофеля, риса, тыквы и сахарной свеклы уже появились на рынке либо находятся на различных стадиях испытаний. Согласно оценкам экспертов, в глобальном масштабе ГМ культуры выращиваются примерно на 4% всех возделываемых земель в мире. 
 
Создание ГМО позволяет повысить продуктивность сельскохозяйственного производства и улучшить питательную ценность продуктов питания, а также оказывает опосредованные положительные эффекты, такие как снижение объемов распыляемых пестицидов, увеличение доходов ферм, повышение стабильности урожая и безопасности продуктов питания, что особенно актуально для развивающихся стран. Противоречивость данных, касающихся этих преимуществ, отражает различные региональные или агротехнические особенности. 
 
Вместе с тем использование ГМО может представлять потенциальный риск для здоровья и развития человека. Многие гены, используемые при создании ГМО, ранее никогда не входили в состав продуктов питания. В то же время сорта, получаемые с помощью традиционных методов селекции, никогда не подвергают процедуре домаркетингового анализа безопасности, тогда как оценка безопасности ГМ продуктов питания проводилась даже до коммерциализации первой ГМ культуры. Для обеспечения согласованности результатов оценки риска на международном уровне при проведении анализа безопасности ГМ продуктов питания используют принципы, разработанные специалистами из Codex Alimentarius Commission (дочерняя организация ФАО и ВОЗ по разработке продовольственных стандартов). Оценку экологической безопасности ГМО проводят согласно Картагенскому протоколу по биобезопасности. Многие страны разработали свои домаркетинговые регулятивные системы, действующие в соответствии с международным правом, требующим проведения детального анализа риска для каждого ГМ продукта. Методология оценки риска постоянно совершенствуется. ГМ продукты питания, продающиеся на международном рынке, прошли процедуру оценки риска в нескольких странах, и для них не было продемонстрировано никаких негативных эффектов на здоровье человека. 
 
Несмотря на то, что системы оценки риска используют уже в течение некоторого времени, потребители не всегда доверяют получаемым результатам. Одним из объяснений этого факта является то, что многие национальные системы безопасности пищевых продуктов в прошлом имели проблемы со своевременным оповещением о потенциальной опасности тех или иных продуктов. Во многих странах причиной неприятия манипуляций над генами также могут быть социальные и этические взгляды. Такие конфликты часто отражают более глубокие вопросы, касающиеся взаимодействия человеческого общества и природы – вопросы, которые необходимо в полной мере учитывать при любых попытках общественных коммуникаций. Однако, в то время как во многих регионах пища является признанным элементом исторической самобытности, скептицизм по отношению к ГМ продуктам питания не всегда связан с традиционализмом или отсутствием знаний о новой технологии. Исследователи общественного мнения отмечают, что скептически настроенный потребитель признает как аргументы «за», так и аргументы «против» и в целом не требует доказательства нулевого риска. Аналогично установлено, что критичное отношение к ГМ продуктам питания не всегда обусловлено отрицательным отношением к использованию биотехнологии как таковой, как видно из преимущественно благосклонного отношения к использованию биотехнологии в современной медицине. Таким образом, вопрос получаемой обществом пользы является важным аспектом, определяющим принятие новой технологии. 
 
Также важной темой дискуссий, ведущихся по поводу ГМ продуктов питания, являются права на интеллектуальную собственность. Проблемы обеспечения одинаковой доступности генетических ресурсов, справедливого распределения получаемой пользы на глобальном уровне и избежания появления монополий существуют как для ГМ продуктов питания, так и для других областей использования генных технологий. В связи с этим возникают вопросы о растущем влиянии химической промышленности на рынки семенного материала. С точки зрения экологически рационального ведения сельского хозяйства и поддержания природного биологического разнообразия важным моментом является выращивание как можно более многообразного набора культур, а потенциальный переход на приоритетное выращивание определенных устойчивых к химикатам ГМ сортов можно рассматривать как развитие своего рода зависимости. 
 
Противоречивые результаты оценок и далеко не исчерпывающее обоснование пользы, рисков и ограничений использования ГМ продуктов подогревают ведущиеся споры. Во время голода в Южной Африке в 2002 году нежелание некоторых стран принимать в составе гуманитарной помощи ГМ продуктов было, в первую очередь, связано не с вопросами здоровья человека и экологии, а с социально-экономическими, этическими проблемами и вопросами собственности. Такие противоречия выявили не только существование широкого спектра мнений, бытующих в государствах – членах ООН на внутри- и межгосударственном уровнях, но и разнородность нормативных баз и принципов оценки преимуществ и рисков, связанных с ГМ продуктами питания. Кроме того, многие развивающиеся страны не в состоянии создать специализированные структуры, необходимые для эффективного регулирования вопросов, связанных с ГМ продуктами питания, что подчеркивает преимущества, которые может обеспечить международная деятельность, направленная на обеспечение более полной оценки производства и применения ГМ продуктов питания. 
 
На международном уровне некоторые аспекты распределения и торговли ГМО подчиняются 15 юридически обязательным документам и необязательным нормативным актам. Такое расплывчатое регулирование усложняет работу и без того перегруженных регулятивных органов развивающихся стран и затрудняет разработку полностью согласованной политики и нормативной базы для современной биотехнологии. Данная работа подводит основу под необходимость создания информационной базы, необходимой для максимально согласованной оценки применения современной пищевой биотехнологии и ГМ продуктов питания. Такая информационная база поможет при анализе рисков и пользы для здоровья человека и окружающей среды, оценке социально-экономических факторов, в том числе прав на интеллектуальную собственность, а также при рассмотрении этических аспектов. Международное согласование этих трех направлений работы является необходимым условием для разумного, безопасного и устойчивого развития любой новой технологии, в том числе использования биотехнологии для производства продуктов питания. Работа по достижению такой согласованности подразумевает межведомственное сотрудничество и требует разработки не только соответствующего мандата ВОЗ, но и мандатов ряда других международных организаций. Предлагаемый вашему вниманию отчет можно рассматривать как потенциальную отправную точку для проведения дальнейших межотраслевых дискуссий. 
 
Глава 1. 
 
1. Введение 
 
1.1 Цели и пределы компетенции 
 
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) инициировала проведение данной работы, целью которой является создание обширной информационной базы, доступной государствам-участникам, устанавливающим стандарты международным органам и другим заинтересованным сторонам для обеспечения прозрачного и содержательного консенсуса по поводу оценки применения современной биотехнологии в производстве продуктов питания. Задачей работы являлось определение значимости применения современной биотехнологии в производстве продуктов питания с учетом ее влияния на состояние здоровья и развитие человека. Исследование посвящено не детальному рассмотрению всех вопросов и фактов, а скорее выявлению общих закономерностей возможного влияния биотехнологии на здоровье и развитие человека. Его результаты послужат научной основой для дискуссий, проводимых руководящими органами ВОЗ. 
 
В рамках исследования проведен анализ данных, касающихся пяти обширных сфер деятельности: 
 
1. Использование, изучение и создание новых продуктов питания с помощью современной биотехнологии, а также значимость таких продуктов для здоровья и развития человека. 
 
2. Оценка рисков, ассоциированных с существующими и будущими продуктами современной биотехнологии с точки зрения безопасности продуктов питания для человека и влияния их производства на состояние окружающей среды. 
 
3. Значимость современной пищевой биотехнологии для обеспечения продовольственной безопасности, а также влияние прав на интеллектуальную собственность на проведение исследовательских работ. 
 
4. Национальные возможности оценки и управления рисками. 
 
5. Влияние современной биотехнологии на общество с учетом социальных и этических аспектов. 
 
1.2 Методология 
 
Комиссия экспертов из разных государств-участников определила пределы компетенции исследования и разработала руководство, на основании которого небольшая группа сотрудников ВОЗ провела сбор необходимых данных. Члены комиссии экспертов также принимали участие в подборе информации. 
 
Информацию собрали в результате обработки огромного массива литературы и публикаций в Интернете, а также с помощью анкеты, распространенной в 2002 году среди большого количества заинтересованных лиц, примерно 120 из которых отреагировали на запрос. При написании работы также учли комментарии, полученные в процессе электронной дискуссии, проведенной заинтересованными сторонами в период с января по апрель 2003 года. Без внимания не остались и мнения участников конференции, проходившей 5-6 июня 2003 года в Женеве и собравшей представителей правительств, потребителей, промышленности, исследовательских и неправительственных организаций из развитых и развивающихся стран. 
 
Результатом деятельности, направленной на сбор как можно более обширного массива научной информации и мнений представителей широкого круга заинтересованных сторон, стал список источников, содержащий ссылки на множество документов, опубликованных на различных интернет-сайтах. Документацию, существующую исключительно в электронном виде, обычно не приравнивают к данным, публикуемым в рецензируемой литературе, однако при написании данной работы было признано необходимым использовать информацию, полученную из всех источников, с четким указанием того, что те или иные представляемые данные доступны исключительно в интернет-ресурсах. 
 
1.3 Современная пищевая биотехнология: определение и обзор потенциальных преимуществ и рисков 
 
Согласно определению Codex Alimentarius Commission (CAC 2001a), современная биотехнология – это применение следующих in vitro методик: 
 
1) работа с нуклеиновыми кислотами, в том числе получение рекомбинантной ДНК и введение нуклеиновых кислот непосредственно внутрь клеток или органелл, или 
2) слияние клеток организмов, принадлежащих к разным таксономическим группам, которые позволяют преодолеть естественные физиологические репродуктивные или рекомбинационные барьеры и не являются методиками, традиционно используемыми при скрещивании и селекции. 
 
Особое внимание в работе уделяется применению подходов современной биотехнологии (в особенности метода рекомбинантных ДНК) к организмам, используемым для производства продуктов питания. 
 
Применение современной биотехнологии в производстве продуктов питания открывает новые возможности и поднимает вопросы, касающиеся здоровья и развития человека. Метод рекомбинантных ДНК – наиболее известный подход, используемый современной биотехнологией, – позволяет генетически модифицировать растения, животных и микроорганизмы, наделяя их качествами, получение которых невозможно с помощью традиционных методов селекции. Помимо генетического модифицирования к методам современной биотехнологии относят также клонирование, культивирование тканей и селекцию под контролем маркеров. 
 
Придание сельскохозяйственным растениям новых качеств обеспечивает повышение продуктивности сельского хозяйства, улучшение питательных свойств или облегчение процесса переработки сырья, что может непосредственно способствовать улучшению здоровья человека. Возможны также эффекты, косвенно способствующие улучшению качества жизни, такие как снижение объемов распыляемых химикатов, повышение доходности фермерских хозяйств, стабильности урожая и безопасности продуктов питания, что особенно актуально для развивающихся стран. 
 
Новые качества ГМО могут, однако, нести определенный риск для здоровья и развития человека. Многие, хотя и не все, гены и признаки, используемые при создании сельскохозяйственных ГМО, не имеют истории безопасного использования. Некоторые страны разработали руководства и/или законодательные акты, подразумевающие проведение обязательного домаркетингового анализа риска использования ГМ продуктов питания. Для решения подобных вопросов на международном уровне существуют специальные соглашения и нормы. 
 
ГМО могут оказывать косвенные отрицательные эффекты на здоровье человека, в том числе посредством губительного воздействия на окружающую среду либо неблагоприятного влияния на экономические (такие как торговля), социальные и этические факторы. 
 
Такие эффекты необходимо оценивать с учетом возможных преимуществ и рисков, связанных с не-ГМ продуктами. Например, новые сорта сельскохозяйственного растения, выведенные с помощью традиционных селекционных подходов, также могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на здоровье человека и окружающую среду. 
 
1.4 Недавние международные дискуссии и исследовательская инициатива 
 
Противоречивые результаты и неудовлетворительное обоснование преимуществ, рисков и ограничений использования продовольственных ГМ организмов, предоставляемые различными исследовательскими, коммерческими, потребительскими и общественными организациями, привели к возникновению международных дискуссий, посвященных безопасному использованию в пищу и внедрению ГМО в окружающую среду. Как пример можно привести дебаты по поводу продуктов питания, содержащих ГМ материал, предложенные странам Южной Африки в 2002 году после того, как 13 миллионов человек пострадало от вызванного неурожаем голода. В ходе этих международных дебатов был освещен ряд важных касающихся ГМО аспектов, таких как здоровье, безопасность, развитие, право собственности и международная торговля. 
 
Такие полемики осветили не только широкий спектр мнений, бытующих в государствах-участниках, но и существующие различия в нормативных базах и принципах проведения оценки преимуществ и рисков ГМО. Ввиду отсутствия единого мнения 53-я Всемирная ассамблея здравоохранения приняла резолюцию WHA 53.15, согласно которой ВОЗ обязана мобилизовать силы на поддержку государств-участников в разработке научной основы, необходимой для принятия решений, касающихся продовольственных ГМО, а также для обеспечения прозрачности, компетентности и непредвзятости высказываемых мнений. Цель данной работы заключалась в создании информационной базы, которая должна помочь отдельным государствам-участникам при принятии решений по поводу использования современной пищевой биотехнологии и ГМ продуктов питания, а также поспособствовать улучшению международного взаимопонимания в этой сфере. 

Современная биотехнология производства продуктов питания, здоровье и развитие человека.

Глава 2

2. Использование продуктов питания, получаемых с помощью современной биотехнологии, исследования и неизбежное развитие отрасли

 
Продукты питания, производимые с  помощью современной биотехнологии, можно отнести к следующим  категориям:

1. Продукты питания,  состоящие из живых/жизнеспособных  организмов или содержащие их, например, кукуруза.

2. Продукты питания,  выделяемые из ГМО, или содержащие  ингредиенты, выделяемые из ГМО,  например, мука, пищевые белки или  масло, получаемое из ГМ сои.

3. Продукты питания,  содержащие отдельные ингредиенты  или добавки, синтезируемые ГМ микроорганизмами (ГММ), например, красители, витамины и незаменимые аминокислоты.

4. Продукты питания,  содержащие ингредиенты, обработанные  синтезируемыми ГММ ферментами, например, кукурузный сироп с  высоким содержанием фруктозы, изготавливаемый из крахмала с помощью фермента глюкозоизомеразы.

В данной работе, однако, не проведено отдельного рассмотрения различных категорий, но описаны  современные и перспективные  области применения современной  биотехнологии при создании предназначенных  для использования в пищевой промышленности растительных культур, пород домашнего скота, сортов рыбы и штаммов микроорганизмов.

2.1 Сельскохозяйственные культуры

2.1.1 Селекция культур и внедрение ГМ сортов в практику продовольственной промышленности

Традиционная  селекция, в особенности сельскохозяйственных растений, домашнего скота и птицы, направлена на увеличение продуктивности сельского хозяйства, повышение устойчивости культивируемых видов к заболеваниям и вредителям, а также улучшение качества продуктов с точки зрения питательности и легкости обработки. Достижения в области разработки методов генетики и клеточной биологии 1960-х годов внесли свой вклад в так называемую «зеленую революцию», которая значительно увеличила количество выращиваемых в некоторых развитых и развивающихся странах сортов пищевых культур массового производства, обладающих признаками, обеспечивающими получение высоких урожаев и устойчивость к заболеваниям и вредителям (Borlaug, 2000). Основным движущим фактором зеленой революции была идея обеспечения достаточного количества продуктов питания для всего населения планеты. Однако интенсификация и расширение сельского хозяйства, вызванные внедрением новых методов и сельскохозяйственных систем, привели к появлению новых рисков для здоровья и окружающей среды – например, увеличению количества распыляемых агрохимикатов и усилению эрозии почвы в результате интенсификации обработки почвы.

Развитие молекулярной биологии в 1970-х и 1980-х годах привело  к появлению более простых  методов анализа генетических последовательностей, позволяющих идентифицировать генетические маркеры желаемых признаков. Отбор, проводимый по таким маркерам, является основой некоторых современных стратегий традиционной селекции.

Несмотря на то, что современные методы селекции в течение последних 50 лет значительно повысили урожайность, потенциал их применения в будущем значительно ограничен небольшим природным разнообразием генотипов внутри одной культуры и невозможностью межвидового скрещивания.

С целью преодоления  этих барьеров некоторые заинтересованные группы (ученые, фермеры, правительства, сельскохозяйственные компании) уже в 1980-х годах стали уделять внимание принципиально иным методам достижения таких задач, как увеличение урожайности, устойчивость сельскохозяйственных систем, улучшение здоровья человека и животных, а также состояния окружающей среды. Одним из направлений является использование новых современных методов для придания растениям новых качеств, таких как устойчивость к засухе, повышенной засоленности почвы или вредителям. Для достижения этих целей был запущен ряд государственных, а позже и частных исследовательских программ.

Разработанный и внедренный в 1980-х годах метод  рекомбинантных ДНК стал инструментом, позволяющим преодолеть межвидовую несовместимость. Современная биотехнология использует молекулярные методы для идентификации, выделения и модификации последовательности ДНК, кодирующей специфический генетический признак (например, устойчивость к насекомым) донорского организма (микроорганизма, растения или животного), и встраивания ее в геном организма-реципиента, который в результате приобретает заданный признак.

Существуют различные  методы переноса рекомбинантной ДНК  в геном организма-реципиента с  целью создания ГМО. При работе с  растениями используют метод трансформации с помощью Agrobacterium tumefaciens (распространенная почвенная бактерия, имеющая генетические элементы, обеспечивающие встраивание ее генов в хромосомы зараженных клеток растений) и метод «биобаллистики» – «обстреливания» клетки-реципиента наночастицами, нагруженными рекомбинантной ДНК. К методам, применяемым для трансформации различных животных клеток, относятся микроинъекции, электропорация и использование эмбриональных стволовых клеток (FAO/WHO 2003a). Вероятность успеха при трансформации клеток животных ниже, чем при трансформации растительных клеток, и видоспецифична, что обуславливает необходимость тестирования каждого метода на клетках нескольких видов.

Генетическое  модифицирование часто позволяет  добиться стойкого проялвения желаемых признаков с использованием меньшего количества селекционных поколений и, соответственно, с гораздо меньшими временными затратами, чем традиционная селекция. Кроме того, оно позволяет проводить более точные манипуляции над геномом путем избирательного выделения и переноса исключительно интересующего исследователей гена. Однако, при применении существующих на сегодняшний день методов, встраивание последовательности ДНК в геном хозяина часто происходит случайным образом, что может оказывать непреднамеренное влияние на развитие и физиологию организма. В то же время, подобные эффекты могут проявляться и при использовании традиционных методов селекции. Селекционный процесс, используемый современной биотехнологией, направлен на избежание подобных непреднамеренных явлений и формирование стойких полезных признаков.

Необходимо также  отметить, что селекционные программы, использующие традиционные методы, но под контролем молекулярного  анализа генетических маркеров, играют важную роль в современной селекции растений и животных. Однако последствия применения таких методик для здоровья человека и окружающей среды в данной работе не рассмотрены.

2.1.2 ГМ культуры, производимые в настоящее время в коммерческих масштабах

На сегодняшний  день только несколько ГМ культур  разрешено для использования  в производстве продуктов питания  и поступают на международный  продовольственный и кормовой рынки. В их число входят устойчивая к  гербицидам и насекомым кукуруза (устойчивые к насекомым ГМ культуры экспрессируют различные варианты инсектицидных токсинов бактерий Bacillus thuringiensis – Bt), толерантные к гербицидам соя и масличный рапс (канола), а также устойчивый к гербицидам хлопок (преимущественно для производства волокна, однако очищенное хлопковое масло используют и в пищу). Кроме того, правительственные органы некоторых стран одобрили для культивирования и использования в пищу ГМ сорта папайи, картофеля, риса, тыквы, сахарной свеклы и томатов. Томаты, однако, выращиваются только небольшим количеством стран и преимущественно для внутреннего потребления.

Нормативный статус ГМ культур варьирует в зависимости  от страны, разрешающей их использование. Последние изменения можно найти  на различных сайтах, в том числе  на сайтах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР, OECD) и Международного центра генетической инженерии и биотехнологии (МЦГИБ, ICGEB). 
По оценкам экспертов, в 2004 году общая площадь, засеянная коммерчески культивируемыми трансгенными или ГМ культурами, составляла 81 миллион гектар, принадлежащих 7 миллионам фермеров 18 развитых и развивающихся стран. На 2004 год 99% засеянной ГМ культурами территории принадлежало 7 странам (см. таблицу 1).

В течение десятилетнего  периода (1996-2004 гг.) устойчивость к гербицидам была первым по популярности трансгенным  признаком коммерчески культивируемых ГМ культур. Второе место занимала устойчивость к насекомым-вредителям. В 2004 году устойчивые к гербицидам сорта сои, кукурузы и хлопка занимали 58,5 миллионов гектар, или 72% от общей площади, засеянной ГМ культурами. Для устойчивых к насекомым Bt-культур этот показатель составлял 15,7 миллионов гектар (20%), а для сортов хлопка и кукурузы с комбинацией двух трансгенных признаков – 6,8 миллионов гектар (8%) (James, 2004a). Для сравнения, вирусоустойчивые культуры, такие как папайя, устойчивая к вирусу кольцевой пятнистости, картофель, устойчивый к картофельному вирусу Y и картофельному вирусу скручивания листьев, и кабачок сорта Yellow crookneck, устойчивый к вирусу арбузной мозаики, в коммерческих целях выращивают на очень ограниченных территориях.

В 2004 году двумя  доминирующими ГМ культурами/признаками стали устойчивая к гербицидам соя, занимавшая 48,8 миллионов гектар, или 60% от общей площади, засеянной ГМ культурами, и Bt-кукуруза – 11,2 миллионов  гектар и 14% соответственно.

2.1.3 Тенденции использования ГМ культур

Коммерчески культивируемые трансгенные сельскохозяйственные культуры, обладающие агрономически  важными качествами, часто относят  к первому поколению трансгенных  растений. Работа над созданием обладающих улучшенными агрономическими качествами ГМ культур продолжается и в настоящее время. На разных этапах разработки находится также ряд сортов, обладающих улучшенными питательными качествами (PIFB 2001). Различные сорта, обладающие новыми признаками, проходят тестирование в лабораторных и полевых условиях в ряде стран. Скоре всего, большинство таких сортов второго поколения, находящихся в процессе разработки, в течение ближайших нескольких лет не появится на ранке.

Ключевыми направлениями  исследования и разработки растений являются агрономически важные характеристики и изменения питательных качеств и состава.

2.1.3.1 Агрономически важные характеристики 
Устойчивость к вредителям и заболеваниям.

В ближайшей  перспективе будет продолжаться коммерциализация сортов, обладающих агрономически ценными признаками, в особенности устойчивостью к гербицидам и насекомым-вредителям, а также, косвенно, повышенной урожайностью (PIFB 2001). Целями исследований и разработки в этой области являются: 
– расширение спектра сортов кукурузы, сои и канолы, устойчивых к гербицидам; 
– расширение спектра гербицидов, пригодных для обработки устойчивых к гербицидам трансгенных культур, например, создание сортов, устойчивых к таким гербицидам как бромоксинил (bromoxynil), оксинил (oxynil) и сульфонилмочевина (sulfonylurea); а также 
– комбинирование новых генов, обеспечивающих устойчивость растений к насекомым-вредителям, таких как новые варианты Bt-гена, кодирующие различные токсины.

Устойчивость к вирусам. Устойчивость к вирусам может обладать исключительной важностью для повышения сельскохозяйственной продуктивности (Thompson, 2003). В настоящее время в различных странах мира проводят полевые испытания устойчивых к вирусам сортов батата (SPFMV, sweet potato feathery mottle virus), кукурузы (MSV, maize streak virus) и африканской маниоки (мозаичный вирус). Возможно, эти культуры будут коммерциализованы в течение ближайших 3-5 лет. Из-за сложности генома пшеницы, работа над созданием сортов, устойчивых к вирусу желтой карликовости ячменя (barley yellow-dwarf virus), продвигается очень медленно и до сих пор находится на стадии лабораторных экспериментов. Разработан также устойчивый к нематодам (корневым червям) ГМ картофель.

2.1.3.2 Измененные питательные свойства и состав ГМ продуктов. 
Рис, обогащенный витамином А.

Наиболее известным  примером ГМ культуры, обладающей улучшенными  питательными качествами, является рис, содержащий высокий уровень бета-каротина – предшественника витамина А (так  называемый «золотой рис») (Potrykus, 2000). Витамин  А повышает устойчивость организма к заболеваниям, предотвращает развитие нарушений зрения и слепоты, а также способствует росту и развитию организма. Дефицит витамина А (WHO/UNICEF 1995) – это проблема общественного здравоохранения, являющаяся причиной развития тяжелых заболеваний и детской смертности. Для борьбы с дефицитом витамина А предлагалось несколько стратегий, в том числе изменение рациона (например, обогащение продуктов питания) и использование таблетированных добавок (WHO 2000c). В контексте улучшения обеспечения населения витамином А пользу обогащенного витамином А риса обсуждали в рамках различных форумов, в том числе электронных форумов, проведенных в 2000 году под руководством Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO) (FAO 2000).

Обогащенные витамином А сорта риса и кукурузы разрабатывают для последующего внедрения в сельское хозяйство развивающихся стран. Целью ведущихся в настоящее время работ является обеспечение эффективного усваивания содержащегося в рисе витамина А в кишечнике человека. Если эта задача будет достигнута, употребление 300 г трансгенного риса будет покрывать значительную долю ежедневной потребности организма человека в витамине А.

Рис с высоким содержанием железа. Дефицит железа повсеместно распространен в регионах, в которых основу ежедневного рациона населения составляет рис (WHO 2000a). Это обусловлено крайне низким содержанием в рисе железа. Зерно трансгенного риса, в состав которого входит богатый железом белок сои ферритин, содержит в два раза больше железа, чем зерно обычных сортов (Gura, 1999). Такой рис трансформирован с помощью трех генов, повышающих содержание железа в зернах риса и улучшающих его абсорбцию в пищеварительном тракте (Lucca et al., 2002).

Улучшение белкового состава. Ученые также работают над методами улучшения белкового состава являющихся основными пищевыми продуктами овощей, таких как маниока, овощной банан и картофель (PIFB 2001). Согласно результатам парниковых испытаний, клубни модифицированных культур содержат на 35-40% больше белков и повышенное количество незаменимых аминокислот.

Удаление аллергенов и антинутриентов. Обычно корни маниоки содержат большое количество цианида. Их использование в качестве основного пищевого продукта в тропической Африке привело к повышению уровня цианида в крови населения до токсических значений. Применение методов современной биотехнологии для снижения содержания этого токсичного соединения в корнях маниоки позволит уменьшить время их приготовления. Введение в геном картофеля гена инвертазы дрожжей снижает естественный уровень токсичных гликоалкалоидов (Buchanan et al., 1997).

Снижение содержания аллергенного белка в зернах риса возможно путем модификации механизма  его биосинтеза (PIFB 2001). Эксперименты не выявили аллергенности такого модифицированного риса для человека. Ведется также работа по снижению аллергенности пшеницы (Buchanan et al., 1997). Подход заключается во внедрении в геном пшеницы гена, ответственного за биосинтез тиоредоксина, расщепляющего дисульфидные связи аллергенного белка и не влияющего при этом на функциональность остальных белков растения.

Изменение содержания крахмала и соотношения жирных кислот. В рамках одного из направлений работы по созданию полезных для здоровья продуктов питания предпринимаются попытки создания картофеля с повышенным содержанием крахмала, что уменьшает количество жира, абсорбируемого картофелем при жарке (PIFB 2001). Для создания менее вредных жиров специалисты изменяют соотношение жирных кислот сои и канолы в сторону снижения уровня насыщенных жирных кислот. Целью исследований и разработки на современном этапе является создание улучшенных соевого, рапсового и пальмового масел (PIFB 2001). Две таких культуры получили официальное одобрение для выращивания и использования при производстве пищевых и кормовых продуктов в США. Это соя с высоким содержанием олеиновой кислоты и масличный рапс с высоким содержанием лауриновой кислоты (Agbios, 2005). Соя с высоким содержанием олеиновой кислоты также разрешена для использования в пищу в Австралии и Канаде. Исследования и разработка в направлении создания масел с улучшенной питательной ценностью находятся на ранних этапах.

Повышенное содержание антиоксидантов. Разработаны методы повышения содержания ликопена и лютеина в плодах томатов, а также изофлавоноидов в бобах сои (WHO 2000c). Эти фитонутриенты способствуют улучшению состояния здоровья и профилактике заболеваний. Исследования в этой области находятся на относительно раннем этапе, что обусловлено недостаточной изученностью фитонутриентов, а также тем, что не все фитонутриенты полезны для здоровья человека.

Экологические стрессы. Обеспечение толерантности к экологическим стрессорным факторам с помощью генетических модификаций является областью, в которой исследования и разработки находятся на ранних этапах (PIFB 2001). Активно изучаются устойчивость растений к повышенной засоленности почвы и засухе. Согласно оценкам специалистов, повышенная засоленность почвы характерна для 20% всех сельскохозяйственных угодий и для 40% всех орошаемых земель в мире. Устойчивость к засоленности и засухам обеспечивается множеством генов, сложным образом взаимодействующих между собой. Такая полифакторная природа обусловила крайне низкую эффективность традиционных методов селекции при создании устойчивых к засоленности почвы и засухе сортов. Устойчивости к засоленности можно добиться посредством встраивания в геном чувствительной культуры нескольких генов, обеспечивающих соответствующий механизм, используемый устойчивой культурой. На настоящий момент реальный период времени, необходимый для коммерциализации таких ГМ культур, оценить невозможно.

Разработка сортов ряда культур, в том числе папайи, табака, риса и кукурузы, толерантных  к алюминию, являющемуся ограничивающим рост фактором кислых почв, находится  на ранних этапах, однако их официального одобрения для коммерческого культивирования можно ожидать в течение нескольких лет.

Предпринимаются также попытки улучшения системы  фотосинтеза с помощью генетического  модифицирования. Такие культуры, как  кукуруза и сахарный тростник, более  эффективно конвертируют энергию солнца в энергию химических связей молекул углеводов, чем широколиственные сельскохозяйственные культуры. Урожайность культуры можно повысить на 10% путем внедрения в ее геном генов другой культуры, обеспечивающих высокую эффективность фотосинтеза. Период времени, необходимый для коммерциализации таких ГМ культур, тоже неизвестен.

Признак мужской  стерильности используют для создания полностью гибридного посевного  материала с целью избежать распространения  ГМ культур в природной среде (в результате так называемого дрейфа генов). Ряд сортов кукурузы, характеризующихся мужской стерильностью, получил официальное одобрение в США. Кроме того, обладающие этим признаком сорта масличного рапса и канолы получили официальное одобрение на выращивание и использование в качестве пищевых продуктов в странах ЕС, Канаде и США. Еще одной стратегией, направленной на предотвращение дрейфа генов между растениями, является генетическое модифицирование, обеспечивающее вегетативное (не требующее опыления) формирование семян сельскохозяйственных культур. Эксперименты показали, что ни одна из упомянутых стратегий не является универсальной и, возможно, наиболее эффективным методом является комбинация подходов.

2.2 Домашний скот и рыба

В рамках производства продуктов питания применение современной биотехнологии в животноводстве укладываются в два основных направления: выращивание животных и питание человека. Большинство из обсуждаемых ниже областей применения на сегодняшний день находятся на ранних этапах исследований и разработки.

2.2.1 Рыба

С учетом предполагаемого  повышения потребности в рыбопродуктах  ГМ рыба может приобрести большое  значение как продукт питания  в развитых и развивающихся странах. Наиболее вероятно, что первым ГМ животным на продовольственном рынке станет быстрорастущая семга (Salmo salar), в геном которой встроен ген гормона роста чавычи (Oncorhynchus tschawytscha) (FAO/WHO 2003a). Такая семга растет в 3-4 раза быстрее нетрансгенных аналогов, что уменьшает время выращивания и повышает доступность пищевого продукта. Еще, по крайней мере, 8 искусственно выращиваемых видов рыбы генетически модифицированы с целью ускорения роста. Ген гормона роста в порядке опыта встроили в геномы таких рыб, как белый амур, радужная форель, тиляпия и сом (PIFB 2003; PIFB/FDA 2003). Во всех случаях трансгены выделяли из геномов рыб других видов.

Для решения  некоторых проблем аквакультуры ученые предпринимают попытки повысить устойчивость рыб к заболеваниям, например, путем встраивания в  геном семги фрагмента ДНК, кодирующего  лизоцим радужной форели. Лизоцим обладает антибактериальными свойствами и эффективен по отношению к многим возбудителям заболеваний рыб. Ведется также работа по внедрению гена еще одного антибактериального белка (секропина тутового шелкопряда) в геном сома (Dunham et al., 2002). Это может повысить устойчивость рыбы к заболеваниям, в том числе к кишечной септицемии (enteric septicaemia).

Выращивание хищных рыб, таких как форель и лосось, привело к чрезмерному промыслу песчанки и мойвы. Для решения  этой проблемы ученые изучают возможность изменения метаболизма хищных рыб путем улучшения усвоения углеводов и увеличения доли растительной пищи в рационе.

Чувствительность  к холоду тепловодных рыб, таких  как карп и тиляпия, может приводить  к значительным потерям в зимнее время. Предлагаемое направление работы в этой области заключается в изменении молекулярной конформации липидов с целью повышения текучести клеточных мембран. Для расширения географической зоны, пригодной для выращивания рыбы, ген, кодирующий белок-«антифриз», переносится из генома рыб одного вида в геном рыб другого вида. Несмотря на то, что уже выведено несколько сортов морозоустойчивой семги, секретируемый такими рыбами уровень белка-«антифриза» значительно не изменяет температуру замерзания их крови (Fletcher et al., 2002). 
Проблемы, касающиеся выявления опасности и оценки риска, которые могут ассоциироваться с выращиванием ГМ рыбы, до сих пор обсуждаются (FAO/WHO 2003a). Одним из таких аспектов является выращивание стерильных особей с целью минимизации экологического риска при попадании ГМ рыб в природные популяции.

2.2.2 Домашний скот и птица

Продукты питания, получаемые из ГМ скота и птицы, еще  очень далеки от коммерческого использования. В геном свиней удалось встроить несколько ускоряющих рост генов, которые  также оказывают влияние на качество мяса, делая его более постным и нежным (FAO/WHO 2003a). Эта работа начата более 10 лет назад, однако в силу определенных морфологических и физиологических изменений, наблюдавшихся у животных, технологии не были коммерциализованы.

Предложено также  большое количество модификаций  молока, заключающихся в добавлении новых белков, либо в манипуляциях над эндогенными протеинами (PIFB 2002b). Недавно ученые из Новой Зеландии создали коров с повышенным содержанием  в молоке казеина. Использование такого молока должно повысить продуктивность сыроваренного производства. Еще несколько групп исследователей работают над снижением содержания в молоке лактозы. Конечной целью является создание молока, пригодного для употребления в пищу людьми с лактозной непереносимостью.

К другим областям применения генетического модифицирования  в животноводстве, находящимся на ранних стадиях исследований и разработки, относятся повышение устойчивости к заболеваниям, повышение рождаемости  у овец, повышение яйценоскости птиц за счет создания двух активных яичников и улучшение переработки кормов «экосвиньями» («enviropig») (свиньями, выделяющими в окружающую среду меньшее количество токсичных соединений фосфора). На настоящий момент большинство этих направлений находятся на стадии теоретических разработок и, соответственно, временные рамки их коммерческого внедрения прогнозировать невозможно.

2.3 Микроорганизмы

2.3.1 Микроорганизмы в качестве продуктов питания

В настоящее  время на рынке НЕТ коммерческих продуктов, содержащих живые генетически модифицированные микроорганизмы. В 1993 году в Великобритании ГМ дрожжи получили официальное одобрение для использования в пивоваренной промышленности, однако попытки коммерциализовать продукт не предпринимались (NCBE 2005). К другим микроорганизмам, использующимся для производства продуктов питания (находящимся на стадии исследований и разработки), относятся сбраживающие культуры (для хлебопечения и пивоварения) и молочнокислые бактерии, применяемые при производстве сыра. Целью исследований и разработки также является минимизация инфицирования патогенными микроорганизмами и повышение питательной ценности и вкусовых качеств конечного продукта.